新能源汽車高壓線束高壓互鎖原理和應用淺析

單黎婷，胡立芳，陸 敏，沈俊杰

（1.上汽大眾汽車有限公司，上海 201804；2.蘇州波特尼電氣系統有限公司，江蘇 蘇州 215211）

近幾年隨著國家對環境的日益關注，從政策上對新能源汽車行業提供了強有力的支持和推動，電動汽車從產量和銷量都呈現大幅上漲的態勢，越來越多的人開始接受并使用電動車作為日常出行的交通工具。

國家標準定義電壓超過60 V就被定義為高壓電，和傳統汽油車使用12 V低電壓系統相比，電動車使用了220 V高壓電氣系統，高電壓電流在隨時提供車輛足夠動力的同時，也考驗著車載高壓用電器的使用安全。

高壓線束采用多種防護措施來保障可能發生的高壓電傷害現象，其中高壓線束接插件的高壓互鎖裝置就是其中一項非常重要的防護措施。本文將從高壓互鎖的定義、工作原理、相關接插件的設計思路、應用等多方面來進行淺析。

1 高壓互鎖的定義和作用

1)根據《ISO6469》國際標準中所規定的，電動車(包括BEV、PHEV等車型)的高壓部件 (及其接插件)都應具有高壓互鎖裝置。

2)高壓互鎖 (High Voltage Interlock Loop)，其作用是使用12V的小電流來確認整個高壓電氣系統的完整性，整車所有的高壓部件和線束接插件都必須安裝到位，無短路或斷路的情況。當控制器檢測到HVIL回路斷開或是完整性受到破壞時，需要啟動必要的安全措施。

3)BMS在檢測到HVIL回路斷開，判斷車輛系統存在風險時，會根據當時的車輛情況，選擇不同的必要安全措施。①故障報警。常通過儀表警告燈亮起或發出警告鳴聲等形式提醒駕駛員注意車輛情況，盡早將車輛送至專業維修點檢測，避免發生安全事故。②切斷高壓電輸出。當車輛處于停止狀態，BMS檢測到HVIL斷開，除了進行必要的警告外，還會直接切斷高壓電輸出，使車輛無法啟動，最大限度地保障乘客安全。③降低高壓輸出功率。當車輛處于行駛狀態下，BMS檢測到HVIL斷開，直接切斷高壓電輸出會產生嚴重的、不可控的后果。此時，除了進行必要的警告燈/警告音提醒駕駛員外，高壓控制系統將強制降低電機的輸出功率，強制降低車速，使車輛始終處于一個降低速的運行狀態下，給駕駛員足夠的時間和機會尋找合適的地點停車。如駕駛員在停車后未及時將車輛送檢維修，那么在下次啟動車輛時，BMS將會直接實施上文提及的直接切斷高壓電的措施，用以保障用戶及車輛安全。

2 高壓互鎖的系統原理

1)一般電動車使用的高壓部件有：電池包、車載充電裝置、電驅動裝置及控制電子系統、高電壓加熱裝置(PTC)、空調壓縮機等用電器。

2)高壓互鎖回路如圖1所示。只有當互鎖回路形成了一個完整的閉環，BMS認為車輛的高壓部件狀態正常，才會允許接通高壓電源。當回路遭到斷開，觸發HVIL的斷開信號，BMS將在毫秒級時間內斷開高壓電，確保用戶安全。

3)除了車輛由于意外或碰撞等因素導致HVIL回路斷開外，斷開服務插頭 (Service Disconnect Stecker)也會導致HVIL回路斷路。服務斷開插頭是低壓接插件，在電動車車輛維修時，作為安全保障，維修人員需要先行斷開服務插頭，即將HVIL回路斷開，停止高壓電的輸出后，才能進行車輛維修。

圖1 高壓互鎖回路

3 線束接插件的互鎖結構

目前市面上的高壓互鎖設計大多是集成于高壓線束接插件。即在高壓線束接插件上，額外多一組低壓回路用于檢測HVIL的回路完整性。

1)圖2是比較常見的高壓互鎖結構。

高壓互鎖結構包含在接插件內部，通過互鎖端子和主回路 (高壓)端子的長度和位置差異，實現連接時，先連接高壓端子，再連接低壓端子；斷開時，先斷開低壓端子，再斷開高壓端子。該設計的優點是設計緊湊，體積小。

圖2 高壓互鎖結構

高壓及互鎖端子連接順序可見圖3，高壓及互鎖端子斷開順序可見圖4。

圖3 高壓和互鎖端子連接過程示意圖

2)圖5是另一種高壓互鎖接插件。

高壓互鎖結構獨立于內塑殼或有一個單獨的小連接器連接，通過2個連接器的先后安裝關系保證。此設計的優點是方便主體塑殼結構擴展定制，缺點是設計復雜。

高壓及互鎖端子斷開順序可見圖6。

4 高壓互鎖的設計結構的輸入及測試項目

高壓互鎖的設計結構的輸入：高壓互鎖集成在接插件中，一般是遵循已有的對配公端安裝界面進行定義設計。

圖6 高壓和互鎖端子斷開過程示意圖

如果在沒有任何參考對配公端界面的情況下，最少通過以下2個輸入條件決定高壓互鎖結構的設計：①接插件的外形輪廓尺寸要求，從而確定能夠選擇的最小端子系列及其接插位置；②接插件安裝位置的環境溫度，從而確定端子所使用的鍍層類型。

高壓互鎖設計結構的一般測試內容：①高壓互鎖端子初態接觸電阻；②高壓互鎖端子環境老化測試后的接觸電阻；③在接插件裝配狀態下，高壓互鎖端子的接觸深度，以及高壓互鎖端子分離后，主回路端子的接觸深度。

5 總結

高壓互鎖作為高壓電動車非常重要的防護措施之一，線束工程師在設計和使用時需要重點關注。理解高壓接插件的定義、工作原理和應用等信息，將為線束工程師提供一些工作思路。